在探讨区块链技术时，“挖矿”是一个绕不开的术语，提到以太坊（Ethereum），许多人也会好奇：以太坊是靠什么挖矿的呢？以太坊的“挖矿”（在更广泛的意义上，我们称之为“共识机制”参与过程）主要依赖于工作量证明（Proof of Work, PoW）机制，以及执行这一计算所需的强大的图形处理器（GPU）算力,下面我们来详细解析这两个核心要素。

以太坊的“挖矿”引擎：工作量证明（PoW）

以太坊网络与比特币一样，在其早期发展阶段采用的是工作量证明（PoW）共识机制，这是保障以太坊网络安全、去中心化和防止双重支付的核心。

  • 什么是工作量证明？ 工作量证明的本质是“通过计算工作来获得记账权”，在以太坊网络中，每一个新区块的生成，都需要网络中的“矿工”们进行一场复杂的数学竞赛。

  • PoW在以太坊中的具体运作：

    1. 待打包交易：网络中会有大量的待处理交易，这些交易被打包成一个“区块体”。
    2. 寻找“谜题”答案：矿工们需要找到一个特定的数值，称为“nonce”（随机数），他们将这个nonce值与上一个区块的哈希值、当前区块的交易数据等信息一起进行哈希运算（通常是SHA-3算法中的Keccak-256）,生成一个新的区块哈希。
    3. 难度目标：这个生成的区块哈希必须满足以太坊网络预设的“难度目标”，即哈希值必须小于一个特定的数值，这个难度目标会根据全网算力的动态调整而变化,确保平均出块时间维持在15秒左右。
    4. 竞争与奖励：谁先找到符合条件的nonce值，谁就能将这个区块广播到网络中，其他节点验证该区块有效后，该矿工将获得一定数量的以太币作为奖励（包括区块奖励和交易手续费）。

这个过程需要消耗大量的计算资源，因为矿工们只能通过“暴力尝试”的方式，不断更换nonce值，直到找到满足条件的解，这种“计算工作”工作量证明”的由来，它确保了创建新区块的成本和难度,从而保障了网络的安全。

执行PoW计算的利器：GPU算力

既然以太坊的PoW依赖大量的计算，那么什么样的硬件最适合完成这项任务呢？答案就是图形处理器（GPU）。

  • 为什么是GPU而不是CPU？

    • 并行计算能力：CPU（中央处理器）虽然强大，但其设计更擅长处理复杂的串行任务和逻辑判断，而GPU（图形处理器）最初是为了处理图像渲染中的大量并行计算而设计的，它拥有数千个小型计算核心,能够同时处理成千上万个简单任务。
    • 哈希运算的匹配度：以太坊PoW所涉及的哈希运算（Keccak-256）是一种重复性的、高度并行的计算任务，GPU的并行架构正好能发挥其优势，同时进行大量的哈希计算尝试,从而大大提高了找到nonce值的概率。

  • GPU挖矿的优势： 相较于CPU，GPU在以太坊挖矿中具有压倒性的性能优势，一台高性能的GPU显卡的挖矿效率可能是高端CPU的上百甚至上千倍，以太坊挖矿矿机通常都是由多块高性能GPU组成的“矿机”。

  • 挖矿对GPU的影响： 以太坊的PoW挖矿热潮也极大地推动了GPU市场的发展，同时也导致了高性能显卡的短缺和价格上涨，矿工们追求的是高显存（因为以太坊DAG文件较大，需要足够显存来加载）和高算力的GPU。

重要更新：以太坊已从PoW转向PoS

需要特别指出的是，以太坊已于2022年9月15日正式完成了“合并”（The Merge），从工作量证明（PoW）机制转向了权益证明（Proof of Stake, PoS）机制。

  • 这意味着什么？
    • 不再需要“挖矿”：在PoS机制下，不再有矿工通过消耗大量算力来竞争记账权，取而代之的是，“验证者”（Validator）通过锁定（质押）一定数量的以太币来参与网络共识。
    • 新的共识方式：系统会根据验证者质押的ETH数量、质押时间等因素，随机选择验证者来创建新区块和验证交易，验证者会根据其工作获得相应的奖励，如果作恶则会扣除质押的ETH（即“惩罚”）。
    • GPU挖矿的终结：随着PoS的全面实施，传统的GPU挖矿方式在以太坊主网上已不再适用，这大大降低了以太坊网络的能源消耗,使其更加环保和可持续。